三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在體育教學(xué)中的應(yīng)用.pdf

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1、《自動(dòng)化與儀器儀表》2016年第12期(總第206期)三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)在體育教學(xué)中的應(yīng)用胡煒(延安大學(xué)體育學(xué)院陜西延安，716000)摘要：隨著運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的發(fā)展，其在體育教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。介紹了三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的組成，詳細(xì)闡述運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及三維人體建模過(guò)程，以排球教學(xué)為例，分析了三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的詳細(xì)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：三維運(yùn)動(dòng)捕捉；體育教學(xué)；數(shù)據(jù)處理；建模中圖分類號(hào)：7rP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BDOI編碼：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．12．043Abst陽(yáng)屺t：

2、Withtlledevel叩ment“motionc印turetechnolog)r，its印pIicationinphysicaleducationInorewidely．Itdesc打besthecom·posinonofthetllree—dimensjonalmotioncapturesystem，elabora￡emotioncap￡uresystemdatapmcessingandtllree—dimensionalhumanbodymodelingprocesswithVolleybaUTe

3、achingasaIlex鋤ple，adetailedanalysis0ftheapplicationofthree—dimensionalmotionc印turesystem．1【eywords：three—dimensionalmotionc印ture；f'Eteaching；dataprocessing；modelingO引言機(jī)器視覺(jué)與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的迅猛發(fā)展使得學(xué)者及相關(guān)人員逐漸加大了對(duì)精確捕捉并重現(xiàn)人體動(dòng)作的研究力度。在某類技術(shù)動(dòng)作中，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及生理生化等各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)來(lái)獲

4、取，這有利于運(yùn)動(dòng)規(guī)律的統(tǒng)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化體育教學(xué)及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中的技術(shù)指導(dǎo)，進(jìn)而對(duì)純粹的以經(jīng)驗(yàn)為依賴的非健康狀態(tài)予以擺脫，最終步入科學(xué)化與數(shù)字化的時(shí)代。本文對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)在體育教學(xué)與訓(xùn)練過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)的分析，探討了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。利用運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，Covaci等人¨o進(jìn)行了虛擬籃球訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)建，通過(guò)該系統(tǒng)，即使沒(méi)有教師進(jìn)行指導(dǎo)，用戶也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)投籃訓(xùn)練課程的學(xué)習(xí)。wang等人心1探討了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)教學(xué)，指出在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)學(xué)科中，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)是其不可或缺的輔助工具之一，它能夠?qū)﹃P(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)進(jìn)行良好的

5、補(bǔ)充，在研究過(guò)程中，作者介紹了動(dòng)作捕捉技術(shù)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作方面的應(yīng)用過(guò)程與方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軍體操、籃球以及民間舞蹈動(dòng)畫(huà)的制作。1運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)研究所謂運(yùn)動(dòng)捕捉，是指借助于傳感設(shè)備對(duì)物體在三維空間上的運(yùn)動(dòng)情形進(jìn)行測(cè)量，并以圖像的形式對(duì)其進(jìn)行記錄，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理，明確不同物體在不同時(shí)間以及不同單位上的空間坐標(biāo)。隨著近幾年的不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)逐漸由原始的被稱為測(cè)角器的簡(jiǎn)單捕捉方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹姶攀?、聲學(xué)式以及光學(xué)式等多種形式在內(nèi)的復(fù)雜捕捉方式。其實(shí)，運(yùn)動(dòng)捕捉以對(duì)三維空間內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤、測(cè)量以及

6、記錄為本質(zhì)，以下內(nèi)容共同構(gòu)成了具有典型特征的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備：(1)傳感器。此種跟蹤裝置是需要固定于運(yùn)動(dòng)物體的某一特定部位之上的，它會(huì)傳遞物體運(yùn)動(dòng)的位置于運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)；(2)信號(hào)捕捉設(shè)備。該裝置所承擔(dān)的為捕捉位置信號(hào)的任務(wù)，對(duì)于機(jī)械捕捉系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信號(hào)捕捉設(shè)備只是一塊觶的線路板，而對(duì)于光學(xué)捕捉系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它卻是一種具有較高分辨率的紅外線攝像機(jī)；(3)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。此種裝置的存在是為了對(duì)豐富的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，使其由信號(hào)捕捉設(shè)備迅速流向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，以更好地對(duì)其進(jìn)行和處理；收稿日期：2016一04—27作者簡(jiǎn)介：

7、胡煒(1974一)，男，漢，陜西宜君人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)楦咝ｓw育教學(xué)與訓(xùn)練。(4)數(shù)據(jù)處理設(shè)備。數(shù)據(jù)在被運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕捉到之后，需要接受其修正與處理工作，進(jìn)而與三維模型相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的制作，此過(guò)程的完成需要接受數(shù)據(jù)處理軟硬件的共同作用?，F(xiàn)階段，被動(dòng)式光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，尤以ViconMotionC印一tureSystem與MACRealTimesystem最為著名。由于有運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的存在，人類的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作以運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)文件的形式得到了儲(chǔ)存，這是一種特定而且新型的格式。2

8、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理在標(biāo)定了傳感器的空間位置之后，被動(dòng)式光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備會(huì)對(duì)空間中無(wú)規(guī)律分布的光學(xué)點(diǎn)信息進(jìn)行捕捉，同時(shí)根據(jù)人體的形態(tài)特征與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)口1，通過(guò)多種算法對(duì)操作人員衣著上的M盯ker點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，具體有模板匹配法、自回歸模型法H1、Ne砒on插值法H。、運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤法M1等。在Marker點(diǎn)之間的相對(duì)位置被明確之后，對(duì)虛擬人體骨架結(jié)構(gòu)中的不同關(guān)節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)以及旋轉(zhuǎn)四元數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并有效地予以輸出。在上述工作均完成以